(Imagem: © ESO / M. Kornmesser)
Uma espaçonave feita de bolhas de espuma de carbono poderia voar da Terra para Alfa Centauri em 185 anos, impulsionada exclusivamente pela força do sol, descobriu um novo estudo.
Um enxame dessas sondas pode ajudar a descobrir e estudar o misterioso Planeta Nove de nosso sistema solar, se esse mundo hipotético existir, acrescentaram os cientistas.
Foguetes convencionais movidos por reações químicas são atualmente a principal forma de propulsão espacial. No entanto, eles não estão nem perto de serem eficientes o suficiente para alcançar outra estrela durante a vida humana.
Por exemplo, Alpha Centauri, o sistema estelar mais próximo da Terra, fica a cerca de 4,37 anos-luz de distância – mais de 25,6 trilhões de milhas (41,2 trilhões de quilômetros), ou cerca de 276.000 vezes a distância da Terra ao sol. A nave Voyager 1 da NASA, que foi lançada em 1977 e alcançou o espaço interestelar em 2012, levaria cerca de 75.000 anos para chegar a Alpha Centauri se a sonda estivesse indo na direção certa (o que não é).
O problema com todos os propulsores de espaçonaves convencionais é que o propelente que eles usam tem massa. Viagens longas exigem muito propelente, o que torna a espaçonave pesada, que por sua vez requer mais propelente, tornando-a mais pesada e assim por diante. Este problema se torna exponencialmente pior quanto maior se torna uma espaçonave.
Pesquisas anteriores sugeriram, portanto, que a “navegação leve” pode ser um dos únicos métodos tecnicamente viáveis para levar uma sonda a outra estrela durante a vida humana. Embora a luz não exerça muita pressão, os cientistas determinaram que o pouco que ela aplica pode ter um efeito importante. De fato, numerosos experimentos mostraram que as “velas solares” podem contar com a luz do sol para propulsão, dado um espelho grande o suficiente e uma espaçonave leve o suficiente.
A iniciativa Breakthrough Starshot de $ 100 milhões, que foi anunciada em 2016, visa lançar enxames de espaçonaves do tamanho de microchip para Alpha Centauri, cada um deles ostentando velas extraordinariamente finas e incrivelmente reflexivas. O plano tem esses “chips de amido” voando a até 20% da velocidade da luz, chegando a Alpha Centauri em cerca de 20 anos.
Uma desvantagem do projeto Starshot é que ele requer a matriz de laser mais poderosa já construída para impulsionar os chips de amido para fora. Não apenas a tecnologia para construir essa matriz atualmente não existe, como os custos totais estimados do projeto podem chegar a US $ 5 bilhões a US $ 10 bilhões.
No novo estudo, os astrofísicos sugeriram que uma opção mais barata poderia envolver bolhas feitas de espuma de carbono. As sondas feitas desse material podem fazer viagens interestelares mais rápidas do que qualquer foguete, enquanto alimentadas exclusivamente pela luz do sol, sem a necessidade de um conjunto gigante de laser, descobriram os pesquisadores.
A fim de desenvolver uma maneira de a luz do sol propelir uma vela leve a velocidades interestelares úteis, os pesquisadores analisaram pesquisas científicas anteriores em busca de materiais fortes e leves. Eles se estabeleceram na aerografita, uma espuma à base de carbono 15.000 vezes mais leve que o alumínio.
Os cientistas calcularam que uma esfera de aerografita oca com cerca de 3,3 pés (1 metro) de diâmetro com uma concha de 1 mícron de espessura (cerca de 1% da largura de um cabelo humano médio) pesaria apenas cinco milionésimos de libra (2,3 miligramas).
Se tal esfera carregando 0,035 onças (1 grama) de carga útil fosse liberada cerca de uma unidade astronômica (UA) do sol, a luz solar a empurraria a uma velocidade de até cerca de 114.000 mph (183.600 km / h) – três vezes a de Voyager 1. Tal esfera levaria cerca de 3,9 anos para alcançar a órbita de Plutão. (Uma UA é a distância média da Terra-Sol, que é cerca de 93 milhões de milhas, ou 150 milhões de km.)
Se tal esfera fosse lançada a cerca de 0,04 UA do sol – o mais próximo que a Parker Solar Probe da NASA chega de nossa estrela – a luz solar mais intensa lá aceleraria a espaçonave a quase 15,4 milhões de mph (24,8 milhões de km / h). Ele poderia viajar a distância de 4,2 anos-luz entre a Terra e Proxima Centauri, a estrela mais próxima do nosso sistema solar, em 185 anos, disseram os pesquisadores. Quanto maior a esfera, mais rápido ela pode ir ou mais carga útil pode carregar. (Proxima Centauri é uma das três estrelas do sistema Alpha Centauri.)
“O que acho surpreendente em nossos resultados é o fato de que a potência de uma estrela, em nosso caso o sol, pode ser usada para impulsionar uma sonda interestelar para as estrelas mais próximas sem a necessidade de uma fonte de energia adicional a bordo”, disse o líder do estudo o autor René Heller, astrofísico do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar em Göttingen, Alemanha, disse ao Space.com.
“Não precisamos de uma matriz de laser terrestre de bilhões de dólares para atirar em uma vela no espaço”, disse Heller. “Em vez disso, podemos usar energia verde, por assim dizer.”
Os pesquisadores notaram que alguns gramas de eletrônicos ou outra carga útil não é muito para trazer a bordo de uma missão. Ainda assim, eles argumentaram que a carga útil para essas espaçonaves seria 10 vezes a massa da espaçonave, enquanto a carga útil em foguetes interestelares químicos seria tipicamente um milésimo do peso do foguete.
Os pesquisadores sugeriram que essas espaçonaves poderiam carregar potencialmente um laser de 32 watts pesando apenas dois milésimos de libra (1 grama). A análise de quaisquer interrupções desse feixe de laser pode ajudar os pesquisadores a detectar efeitos gravitacionais, o que por sua vez pode ajudar a revelar a presença de mundos de outra forma muito escuros e frios para serem detectados, como o hipotético Planeta Nove, disse Heller.
Os cientistas estimaram que o desenvolvimento de um protótipo de nave-bolha pode custar US $ 1 milhão. Eles calcularam que cada navio de espuma poderia ser construído por cerca de US $ 1.000 ou menos, e um lançamento de foguete para implantar e testar essas naves poderia custar US $ 10 milhões.
A maior ressalva deste trabalho agora “é que ninguém jamais construiu uma estrutura de aerographite maior do que alguns centímetros, enquanto precisamos de algo com alguns metros de tamanho”, disse Heller. Ainda assim, os pesquisadores estão em contato com experimentalistas que sugerem que a criação de estruturas tão grandes é possível em princípio, observou ele.
Outro ponto de cautela sobre esse conceito é que atualmente não há como controlar a trajetória das esferas depois de implantadas. “Para atingir uma determinada meta, isso precisa ser corrigido”, disse Heller.
Se a eletrônica e os equipamentos a bordo pudessem permitir manobras ativas, “então seria possível transportar pequenas massas – 1 a 100 gramas – entre a Terra e Marte em semanas”, disse Heller.
Os cientistas imaginam foguetes convencionais trazendo a nave-bolha para o espaço e, em seguida, lançando-os para que a luz solar os impulsione. Ainda não se sabe até que ponto essas bolhas sobreviveriam ao transporte.
“Uma coisa boa sobre a aerografita é sua compressibilidade”, disse Heller. “Mesmo após compressão extrema, uma amostra de aerografita pode voltar ao seu estado inicial. Portanto, se comprimirmos uma vela de aerografita do tamanho de um metro no laboratório, talvez possamos enviá-la para o espaço e inflá-la novamente antes do lançamento. A questão é: o que acontece com os componentes eletrônicos integrados? ”
Os cientistas agora estão realizando experimentos para testar o quão bem o aerographite absorve e reflete a luz. Eles detalharam suas descobertas online em 7 de julho na revista Astronomy & Astrophysics.
Publicado em 24/08/2020 21h57
Artigo original:
Estudo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: